تطورت المحركات مع مرور الزمن، فيوجد منها العديد من الأشكال والأنواع، في الغالب تصنف المحركات طبقاً لنوع دورة التشغيل، ومعظم محركات الاحتراق المكبسية الترددية تستخدم دورة التشغيل الرباعية أو الثنائية الأشواط، في هذا المقال سنوضح كيفية عمل المحرك.
دورة تشغيل المحرك:
1- الدورة الرباعية الأشواط Four – Stroke Cycle:
المحركات الرباعية الأشواط فيها شوط سحب، شوط ضغط، شوط قدرة، شوط عادم، وكل شوط يأخذ 180 درجة من دوران عامود المرفق؛ ويعني ذلك أن دورة التشغيل الكاملة تنتج 720 درجة (أي دورتان كاملتان لعامود المرفق)، ويتضح أن عامود المرفق يأخذ دورتين كاملتين لإتمام الدورة، وكنتيجة لذلك فإن الإسطوانة تتلقى شوطاً واحداً فقط للقدرة في كل دورة تشغيل، كما يجدر الإشارة إلى أن جميع المحركات الحديثة تستخدم دورة التشغيل رباعية الأشواط.
طريقة عمل المحرك رباعي الأشواط:
- يتحرك المكبس حركة ترددية داخل الأسطوانة، حيث تكون مغلقة بواسطة المكبس من أعلى رأس الأسطوانات التي يوجد بها صمام السحب وصمام العادم، وكذلك شمعة الإشعال.
- تتحول الحركة الترددية للمكبس إلى حركة دورانية من خلال مسمار المكبس وذراع التوصيل وعامود المرفق، بذلك يكون المكبس وذراع التوصيل وعامود المرفق مجموعة إدارة تعرف بآلية المرفق.
- يسمح صمام السحب والعادم بدخول مزيج الوقود والهواء (الشحنة) إلى الأسطوانة، وكذلك خروج غازات الاحتراق (العادم) منها في أوقات محددة.
- تتحرك الصمامات من خلال آلية تسمّى (آلية تشغيل الصمامات)، وتشمل عامود كامات يتحرك بواسطة عامود المرفق، وأذرع متأرجحة وإصبع غماز (رافع)، وساق للدفع.
- يتم مزج الهواء والوقود وتجهيز الشحنة قبل أن تدخل إلى الأسطوانة في مجمع السحب بالنسبة الصحيحة، وتقوم شمعة الإشعال بإحراق الشحنة في التوقيت المحدد قرب نهاية شوط الضغط.
الأشواط التي تحدث في الدورة الرباعية:
- شوط السحب (Suction Stroke): يتم خلال هذا الشوط تعبئة الأسطوانة بمزيج من الوقود والهواء القابل للاحتراق، ويبدأ هذا الشوط عندما يكون المكبس بالقرب من القمة وينتهي بعد اجتيازه قاع الشوط، ويكون صمام السحب مفتوحاً خلال تلك الفترة ليسمح بدخول الشحنة التي تندفع إلى الأسطوانة بفعل الخلخلة الناشئة فوق المكبس أثناء تحركه إلى الأسفل، ثم يغلق الصمام بعد ذلك.
- شوط الضغط (Compression Stroke): يتحرك المكبس إلى أعلى الأسطوانة؛ ليضغط على الهواء والوقود، ثم ترتفع درجة حرارة وضغط المزيج، ويكون صمام السحب والعادم مغلقين.
- شوط القدرة Power Stroke: عندما يصل المكبس إلى قرب نهاية شوط الضغط، يتم إشعال المزيج بواسطة شمعة الإشعال، وبذلك يحترق المزيج ويرتفع الضغط ودرجة حرارة غازات الاحتراق التي تقوم بدفع المكبس إلى أسفل شوط القدرة، وهو الشوط الفعال في الدورة، وخلال هذا الشوط يكون صمام السحب والعادم مغلقين.
- شوط العادم Exhaust Stroke: يفتح صمام العادم قرب نهاية شوط القدرة؛ وبذلك يندفع جزء كبير من غازات الاحتراق الساخنة إلى خارج الأسطوانة، ثم يقوم المكبس أثناء حركته إلى أعلى بطرد كمية الغازات المتبقية، وعندما يصل المكبس إلى القمة يغلق صمام العادم ويبدأ صمام السحب في الفتح، وبذلك يكون المكبس مستعداً لعمل دورة رباعية أخرى جديدة.
2- الدورة الثنائية الأشواط Two – Stroke Cycle:
تقوم المحركات الثنائية الأشواط بالسحب والضغط والاحتراق، ثم بعد ذلك القدرة والعادم في دورة واحدة، ويكون ذلك من خلال إلغاء صمام السحب وصمام العادم المستعملين في محركات الدورة الرباعية واستعمال فتحتين في جدران الأسطوانة بدلاً منهما؛ واحدة لدخول الشحنة والأخرى لخروج العادم، كما يتحكم المكبس في فتح وغلق فتحتي الدخول والخروج في التوقيت المناسب خلال الدورة.
يوجد ممر يصل بين فتحة السحب والجزء الداخلي لعلبة المرفق، ويتم سحب الوقود والهواء إلى علبة المرفق من خلال صمام (ريد) أو صمام دوار، في العادة يخلط الزيت مع البنزين لتحقيق متطلبات تزييت المحرك، وبعض المحركات الثنائية تستعمل محرك منظومة لحقن الزيت.
تستعمل المحركات الثنائية الأشواط في ماكينات المناشير، والجزارات، والدراجات النارية والتطبيقات الأخرى بالمركبات التي تستعمل محركات صغيرة، ونظراً لمشاكل التحكم بالانبعاثات، فإن محركات البنزين التي تستعمل الدورة ثنائية الأشواط لا تستعمل في مجال السيارات.
طريقة عمل المحرك ثنائي الأشواط:
إذا تخيلنا وجود شحنة من الوقود والهواء داخل الأسطوانة، وكان المكبس أسفل الأسطوانة، فعند تحرك المكبس إلى أعلى فإنه يقوم بضغط شحنة الوقود والهواء، وفي نفس الوقت يقوم بتوليد خلخلة داخل علبة المرفق المحكمة، هذا التخلخل يقوم بفتح صمام صغير (صمام ريد) ومن ثم يسمح بدخول خليط الوقود والهواء إلى علبة المرفق.
عندما يصل المكبس إلى أعلى الأسطوانة، فإنه يكون قد قام بضغط الشحنة في الأسطوانة وقام بتعبئة علبة المرفق بخليط الوقود والهواء، يحدث هذا كله في شوط واحد أي نصف دورة لعامود المرفق، كما تطلق شمعة الإشعال شرارة كهربائية بالشحنة داخل الأسطوانة في نهاية الشوط، ويؤدي ذلك إلى الاحتراق ومن ثم دفع المكبس إلى الأسفل والحصول على القدرة الميكانيكية.
عند تحرك المكبس للأسفل يحدث عدة أشياء، فقد يتم ضغط خليط الوقود والهواء في علبة المرفق ويغلق صمام ريد في نفس الوقت الذي يحدث فيه شوط القدرة، وعندما يكشف المكبس عن فتحة العادم مع نزوله للأسفل؛ فإن غازات الاحتراق تنبعث إلى الخارج من خلال تلك الفتحة فيحدث طرد العادم، ومع استمرار حركة المكبس للأسفل فإنه يكشف عن فتحة الدخول، فيدفع الخليط المضغوط بعلبة المرفق إلى الدخول للأسطوانة من خلال الممر وفتحة الدخول.
